Home Projekty Publikace
Náš výzkum lze rozdělit do čtyř základních skupin:
Zkoumáme interakce rostlin a mikroorganismů. Během evoluce se mezi rostlinami a mikroorganismy vytvořila celá řada interakcí, které jsou dnes esenciální nejen pro jejich existenci, ale pro fungování celé biosféry. Jedním z příkladů je rozklad organické hmoty rostlinného původu půdními mikroorganismy. Pro půdní ekologii se zdají být velmi důležité sekundární metabolity rostlin – jednak mohou pro některé heteroorganotrofní populace sloužit jako zdroj uhlíku a energie, ale jednak mohou působit antimikrobiálně či narušovat bakteriální signalizaci. Z těchto důvodů je jedním z našich hlavních výzkumných záměrů ověření hypotézy, že sekundární metabolity rostlin patří mezi dominantní faktory zodpovědné za kontrolu struktury a metabolické aktivity půdních mikrobiálních komunit. Diverzita struktur sekundárních metabolitů může být mj. důsledkem neustávajícího zápasu rostlin s herbivory a patogeny. Koktejl těchto sloučenin má ale zároveň přímý vliv na půdní mikrobiální populace, které byly nucené si vyvinout mechanismy degradace či detoxikace těchto látek. Nabízí se tedy hypotéza, že enzymy, které byly do nedávné minulosti považovány za prostředek k degradaci antropogenních organických polutantů, mohou ve skutečnosti být původně určeny k degradaci/detoxikaci sekundárních metabolitů rostlin a k degradaci antropogenních sloučenin jsou využívány druhotně díky své široké substrátové specificitě. Zároveň je naší hypotézou, že mikroorganismy disponující těmito enzymy v důsledku dlouhodobé symbiózy v průběhu evoluce svou metabolickou aktivitou přispívají k podpoře růstu rostlin (tzv. growth-promoting activities).
Zabýváme se mikrobiální ekologií geologicky unikátních biotopů. V České republice se vyskytuje velké množství minerálních pramenů, z nichž například horké, radonové a solné prameny představují unikátní ekologická stanoviště. Vzhledem k extrémnímu charakteru prostředí těchto biotopů a jejich dlouhodobé izolovanosti od vnějších vlivů lze předpokládat i přítomnost fylogeneticky a metabolicky unikátních mikrobiálních společenstev. Ačkoliv jsou mnohé podobné prameny považovány za kulturní dědictví především pro své léčivé účinky (v České republice například léčivé prameny v Jáchymově, Karlových Varech či Luhačovicích), mikrobiální osídlení těchto ekosystémů zůstává prakticky nepopsáno. Jedním z výzkumných cílů naší laboratoře je podrobná charakterizace mikrobiálních společenstev pramenů karlovarských a jáchymovských, a to jak z hlediska jejich diverzity, ekofyziologie, tak i funkčního potenciálu. Výsledky tohoto výzkumu rozšiřují neustále rostoucí strom života o nové větve. Podobný výzkum realizujeme i na dalších unikátních ekologických stanovištích typu zemin ze solných mokřadů a bahenních průsaků CO2.
Identifikujeme metabolicky
V neposlední řadě se snažíme izolovat doposud nekultivované mikrobiální druhy. Dosahujeme toho modifikací standardních extrakčních a kultivačních postupů. Tato problematika má přesah do všech výše zmiňovaných oblastí výzkumu.
Náš výzkum je/byl podporován těmito grantovými projekty:
- Špičkový výzkum – OP JAK, INTER-MICRO Mluvíme s mikroby – porozumění mikrobiálním interakcím v konceptu One Health.
- European Commission Grant 101060625, NYMPHE, New system-driven bioremediation of polluted habitats and environment.
- GAČR 22-00132S, Život na rozhraní: ekologie mikroorganismů asociovaných s rostlinami. Půdní mikroorganismy a rostliny se z důvodu jejich vazby na prostředí půdy vyvíjely ve vzájemné blízkosti. V důsledku toho se v procesu evoluce mezi těmito skupinami organismů vyvinuly vysoce komplexní vztahy, které jsou v současnosti klíčové pro fungování celých ekosystémů. Naším cílem je hlouběji porozumět těmto komplexním interakcím a objasnit některé mechanismy, které je zprostředkovávají. Konkrétně je tento projekt zaměřen na: zkoumání vlivu složek rhizodepozitů na složení půdních mikrobiálních komunit, mikrobiálně-ekologický popis rhizosféry dosud chápané pouze definitoricky a pochopení role rhizodepozitů při výběru půdních bakterií podporujících růst rostlin pro endofytní mutualismus. Výsledky tohoto projektu významně přispějí k porozumění interakcím mezi rostlinami a mikroorganismy, jejichž dopady jsou klíčové i pro potenciální aplikace pro ochranu rostlin a důležité ekosystémové funkce, jako jsou podpora růstu hospodářských rostlin, obnova životního prostředí a další.
- GAČR 22-00150S, Kdo je ten zodpovědný? Propojení přeměny organochlorových sloučenin s konkrétními bakteriálními populacemi. Organochlorové sloučeniny, například chloretheny a polychlorované bifenyly, stále představují závaž
ný environmentální problém díky stávající nebo potenciální kontaminaci půdy a zdrojů pitné vody. V minulosti byla mikrobiální degradace organochlorových sloučenin důkladně studována, avšak stále máme velké mezery ve znalostech o distribuci biodegradačních genů organochlorových sloučenin na kontaminovaných lokalitách a jejich propojení s fylogenetickou informací konkrétních bakteriálních taxonů. Cílem tohoto projektu je proto popsat distribuci biodegradačních funkcí a fylogenetický původ bakterií, které tyto funkce nesou. Konkrétně se zaměřujeme na: vzorce distribuce vybraných biodegradačních genů (bphA a rdhA) v mikrobiálních společenstvech na kontaminovaných lokalitách a jejich propojení s fylogenetikou; roli extrachromozomální DNA v distribuci bidegradačních genů v životním prostředí; objasnění schopnosti bakteriálních konsorcií přizpůsobit se zvýšeným koncentracím organochlorových sloučenin regulací a šířením konkrétních genů. - GACŘ 23-06568S (ve spolupráci s PřF UK), Dynamika a údržba genomů v jednoduchých a homogenních přirozených komunitách prokaryot. Jednoduché a prostorově i geneticky jasně vymezené mikrobiální populace představují optimální model pro studium populační genetiky prokaryot. Populace bakterie Ferrovum myxofaciens z důlních biostalaktitů tyto podmínky dokonale splňují. Náš předchozí výzkum ukázal, že genomy F. myxofaciens se významně neliší genovým obsahem, ale je přítomna výrazná vnitropopulační variabilita v rozložení mobilních elementů a krátkých polymorfií. Tato variabilita pravděpodobně napomáhá diverzifikaci životních strategií nebo adaptaci na různé mikroniky v rámci stanoviště. V projektu analyzujeme větší množství lépe charakterizovaných populací z více lokalit, což umožňuje funkční interpretaci jejich variability. Jako další přístup je ověřován vliv různých genetických variant na biologické vlastnosti čistých kultur F. myxofaciens získaných z přirozených populací. Tyto analýzy mohou přinést nový pohled na funkci mobilních elementů a na roli lokálního přerušení vnitrodruhového genového toku při tvorbě prokaryotických populací.
- GAČR 20-00291S, Ekologické funkce půdních mikroorganismů ovlivňované sekundárními metabolity rostlin. Sekundární metabolity rostlin (SMR), zahrnující mimo jiné i terpenoidní a fenolické látky, jsou strukturně vysoce diverzní skupina látek, které se ukazují být významné z hlediska vlivu na půdní ekologii. Významným zdrojem SMR v půdě je lignin, komplexní biopolymer složený z fenylpropanoidních monomerů. Strukturní podobnost SMR včetně biodegradačních produktů ligninu s mnohými aromatickými polutanty by mohla vysvětlit skutečnost, že tato xenobiotika jsou mikrobiálními degradačními enzymy často kometabolizována právě v přítomnosti SMR. V tomto projektu ověřujeme hypotézy, že (i) přítomnost SMR jako evolučně původních substrátů degradačních enzymů významně ovlivňuje biodegradační potenciál půdních mikrobiálních komunit a (ii) kombinace schopností biodegradovat SMR a podporovat růst rostlin, nesených často totožnými mikrobiálními populacemi, umožňuje rostlinám prostřednictvím exudace SMR selektivně nabohacovat mikrobiální populace podporující jejich růst.
- MŠMT ČR LTAUSA19013 ve spolupráci s University of Alaska Fairbanks, AK, USA, Mikrobiální kometabolismus: Propagace biodegradace polutantů. Kometabolismus, tedy metabolická přeměna sloučenin strukturně podobných přirozeným substrátům příslušných biodegradačních enzymů, představuje jednu z možností, jak zvýšit kapacitu půdních mikroorganismů odbourávat organické kontaminanty životního prostředí. V předkládaném projektu zamýšlíme ověřit hypotézu, že sekundární metabolity rostlin (SMR) jsou vhodnými sloučeninami pro podporu kometabolismu organických polutantů v životním prostředí a že výrazně ovlivňují biodegradační potenciál mikrobiálních komunit. Za účelem ověření této hypotézy budou selektována bakteriální konsorcia, která při růstu na SMR budou schopna kometabolicky degradovat vybrané polutanty (polychlorované bifenyly, PCB, a polyaromatické uhlovodíky, PAU); zároveň bude ověřeno, zda tato konsorcia budou po aplikaci do kontaminované zeminy zvyšovat účinnost biodegradace PCB a PAU. Předkládaný projekt směřuje, kromě rozšíření poznatků o interakcích půdních bakterií s ostatními složkami bioty a abioty, v dlouhodobějším horizontu ke zvýšení efektivity remediace lokalit kontaminovaných aromatickými polutanty.
- MŠMT ČR LTAUSA19028 ve spolupráci s US Geological Survey, Menlo Park, CA, USA, Mikrobiomy vybraných extrémních biotopů – jejich fylogenetická diversita a funkční potenciál. Mikroorganismy, především pak prokaryota, jsou fylogeneticky i metabolicky nejdiverznější skupinou organismů naší planety. V této souvislosti je ohromující i rozmanitost biotopů, které prokaryota obývají. Řada bakterií a většina archeí se řadí mezi mikroorganismy extrémofilní – tedy žijící v biotopech definujících hranici života. Cílem projektu je charakterizovat mikrobiální osídlení dvou typů extrémních prostředí – chronosekvence permafrostu (permafrostu různého stáří) a zemin ze solných mokřadů a bahenních průsaků CO2. Charakteristika probíhá dvěma základními přístupy – s využitím metagenomických a modifikovaných kultivačních technik.
- GAČR 18-00036S, Ekologie extrémofilních mikroorganismů ve vodách kulturně významných českých pramenů. V České republice se vyskytuje velké množství vodních pramenů, z nichž například horké, radonové a solné prameny představují unikátní ekologická stanoviště. Vzhledem k extrémnímu charakteru prostředí těchto biotopů a jejich dlouhodobé izolovanosti od vnějších vlivů lze předpokládat i přítomnost fylogeneticky a funkčně unikátních mikrobiálních společenstev. Ačkoliv jsou mnohé podobné vodní prameny považovány za kulturní dědictví především pro své léčivé účinky, mikrobiální osídlení těchto ekosystémů zůstalo prakticky nepopsáno. V tomto projektu charakterizujeme mikrobiální společenstva těchto pramenů, a to jak z hlediska jejich diverzity, ekofyziologie, tak i funkčního potenciálu. Předpokládáme, že extrémní prostředí horkých, radonových a solných pramenů bude osídleno dosud nepopsanými mikrobiálními taxony s unikátními životními strategiemi a metabolickým potenciálem produkce biologicky aktivních látek. Ke studiu využíváme nejmodernější metody mikrobiální ekologie, např. cílenou i shotgun metagenomiku a metabolomiku.